JP5432818B2 - 鉄道車両の状態監視装置及び状態監視方法、並びに鉄道車両 - Google Patents
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図1において、軌道(線路)1上を走行する車両7は車体6と台車5から構成されている。車体6は、空気ばね4を介して台車5(1台車のみ図示)に搭載される。台車5は台車枠3と輪軸2から構成されている。台車枠3には、軸ばね8を介して輪軸2の軸受けハウジングとなる軸箱9が取付けられる。輪軸2は回転運動するもので軌道1上を前後方向に移動する。
まず、異常検出装置17は、フィルタ処理部12、12において、軸箱加速度検出装置10と車体加速度検出装置11とから振動加速度の軸箱加速度信号22aと車体加速度信号23aの入力(s1)を受け、該信号からノイズ除去するためのフィルタ処理を実行し(s2)、かつ一定量の信号数を抽出するために窓フィルタ(図3参照)を掛ける処理を実行する(s3)。
また、異常検出装置17は、計算した軸箱加速度信号と車体加速度信号のRMS値と、計算した軸箱加速度信号と車体加速度信号の最大値を基に、軸箱加速度信号に対する車体加速度信号のRMS値と最大値の振幅比率(第1振幅比率)の計算を実行し(s5)、振幅比率算出信号24aを出力する。
なお、ここではRMS値を例としたが、最大値についても同様に適用可能であり、最大値振幅比率を算出する場合は、軸箱加速度信号51と車体加速度信号52の絶対値から最大値を算出し、振幅比率(第1振幅比率)を計算する。
上述した算出を実行するためには、前記窓フィルタで抽出した加速度信号から時刻歴波形のRMS値、又は最大値を算出する計算処理部を備える。
また、図4ではRMS値振幅比率55に対して所定の閾値との閾値判定処理を実施しているが、図5に示すRMS値振幅比率55を頻度分布処理計算することで、振幅比率RMS頻度分布70と所定の閾値α’、β’との比較判定処理が実施可能となる。この場合、判定処理部60は、RMS値振幅比率頻度分布70が所定の閾値α’と閾値β’の間にある場合には、「異常無し」62と判定し、RMS値振幅比率頻度分布70がRMS値振幅比率頻度分布70aのように所定の閾値α’より小さい場合、或いは、RMS値振幅比率頻度分布70がRMS値振幅比率頻度分布70bのように所定の閾値β’より大きい場合には、「車両異常」61と判定する。
また、上述した頻度分布処理計算や最大値振幅比率頻度分布処理計算には、前記RMS値、又は前記最大値の頻度を算出する頻度計算処理部が必要である。
なお、以後の実施例においても、頻度分布の算出例は同様に適用可能である。
本実施例によれば、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率(第1振幅比率)を用いて、所定の閾値に対する閾値判定処理(第1閾値判定処理)を実施することで、車両の異常検出の精度が良く、且つ、簡素なシステム構成で実施できる。
また、本実施例においては、図4の閾値判定処理と異常判定処理
を示す実施例1に対して、図8に示す如く、閾値判定処理と異常判定処理では軸箱加速度RMS値53と所定の閾値に対する大小関係を比較判定する判定処理部63が追加される。
また、判定処理部63で軸箱加速度RMS値53が所定の閾値より小さく、判定処理部60でRMS値振幅比率55が所定の閾値αより小さい(或いは、RMS値振幅比率55が所定の閾値βより大きい)場合には、車両異常61として判定される。
また、判定処理部63で軸箱加速度RMS値53が所定の閾値より大きく、判定処理60でRMS値振幅比率55が所定の閾値αより大きい場合には、「車両異常且つ軌道異常」67として判定される。
また、判定処理63で軸箱加速度RMS値53が所定の閾値より大きく、判定処理部60でRMS値振幅比率55が所定の閾値αより小さく且つ閾値βより大きい場合には、軌道異常68として判定される。また、判定処理部63で軸箱加速度RMS値53が所定の閾値より小さく、判定処理60部でRMS値振幅比率55が所定の閾値αより大きく且つ閾値βより小さい場合には、異常無62として判定される。
これらの異常判定結果は車両・軌道異常判定結果部90に記録される。なお、図8ではRMS値を例としたが、最大値も同様の手段で適用可能である。
また、異常検出・判定処理フロ−は、図7の実施例2に対して、図10に示す如く、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率計算処理(s5)の後に、データベース81に保存された車両走行位置と車両走行速度に基づく軸箱加速度の閾値を利用して、閾値設定処理部(第2閾値判定処理部B)18の閾値設定を特徴的な走行箇所に応じて切換え設定処理を実行する(s5−1)ものである。
同図において、閾値設定部80は、閾値信号32aを閾値判定処理部(第1閾値判定処理部A)14と閾値判定処理部(第2閾値判定処理部B)18と閾値判定処理部19に出力する。閾値判定処理部19は、閾値信号32aと車体加速度信号23aを入力とし、これらの信号に基づいて異常判定処理部15に閾値判定処理信号28aを出力する。
図14は、トンネル区間331走行時と明かり区間330走行時、及びトンネル区間331と明かり区間330にそれぞれ橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間332がある場合の軸箱加速度の閾値信号32a−1と振幅比率の閾値信号32a−2と車体加速度の閾値信号32a−3の設定手段の一例を示している。
車体加速度の閾値信号32a−3は、軸箱加速度と振幅比率(第1振幅比率)を考慮して、所定の閾値信号320bがトンネル区間331(軌道特徴区間332は通過しない)を通過する場合において、トンネル内での車体加速度の振幅増加分を考慮した閾値信号311bを基に閾値信号321bに切り替えられる。
また、車体加速度の閾値信号32a−3は、所定の閾値信号320bがトンネル区間331且つ橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間332を通過する場合において、閾値信号301bと閾値信号311bを考慮して閾値信号322bに切り換えられる。
また、車体加速度の閾値信号32a−3は、所定の閾値信号320bが明かり区間330且つ軌道特徴区間332を通過する場合において、橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間332に起因した閾値信号301bを考慮して閾値信号323bに切り換えられる。
台車枠加速度計103の電圧200aは、台車枠加速度検出装置(台車枠加速度検出手段)110によって台車枠加速度信号201aとして検出される。
異常検出装置17は、例えば、実施例1における台車枠加速度信号201aを入力としてフィルタ処理部12と振幅比率算出処理部(第2振幅比率算出処理部D)111と閾値判定処理部(第4閾値判定処理部D)112と振幅比率算出処理部(第3振幅比率算出処理部E)113と閾値判定処理部(第5閾値判定処理部E)114を備える。
振幅比率算出処理部(第2振幅比率算出処理D)111は、軸箱加速度信号22aと台車枠加速度信号201aを入力とし、輪軸−台車枠加速度振幅比率信号202aを出力する。
振幅比率算出処理部(第3振幅比率算出処理部E)113は、車体加速度信号23aと台車枠加速度信号201aを入力とし、台車枠−車体加速度振幅比率信号204aを出力する。
閾値判定処理部(第4閾値判定処理部D)112は、輪軸−台車枠加速度振幅比率信号202aを入力し、異常判定処理部15に閾値判定処理信号203aを出力する。
閾値判定処理部(第5閾値判定処理部E)114は、台車枠−車体加速度振幅比率信号204aを入力し、異常判定処理部15に閾値判定処理信号205aを出力する。
ここで、閾値判定処理部112,114の閾値は、実施例1、2と同様に予め設定した閾値を利用するものであるが、実施例3、4と同様に閾値設定手段などに基づき設定変更できるように構成しても良い。
次に、抽出した加速度信号に対するRMS値、最大値計算処理(s4)の後に、軸箱加速度に対する台車枠加速度の振幅比率計算処理と台車枠加速度に対する車体加速度の振幅比率計算処理する(s5−2)。
なお、図17はRMS値を例としたが、最大値も適用できる。また、図17は図12の処理s3〜s5−2に対応する。
また、判定処理部127は、台車枠−車体間RMS値振幅比率123が所定の閾値α2と閾値β2の間にある場合には、異常無し126と判定し、台車枠−車体間RMS値振幅比率123が所定の閾値α2より小さい場合、或いは、台車枠−車体間RMS値振幅比率123が所定の閾値β2より大きい場合には、空気バネ4等の車両異常128と判定する。
なお、図18はRMS値を例としたが、最大値も適用できる。また、図18は図12の処理s6〜s7に対応する。
係る適用例によれば、(1)軌道異常と(2)台車異常(軸バネ)と(3)台車異常(空気バネ)の分離判定が可能である。
図9の実施例に適用する場合も同様に構成すれば良い。
図11の実施例に適用する場合には、図6の実施例と同様に台車枠振動加速度を検出する台車枠加速度検出装置110、フィルタ12、振幅比率算出処理部(第2振幅比率算出処理部D)111、閾値判定処理部(第2閾値判定処理部D)112を追加するとともに、振幅比率算出処理部13にて車体加速度信号23aと台車枠加速度信号201a(軸箱加速度信号22aに代えて)との振幅比率を算出する如く構成する。また、振幅比率算出処理部13及び閾値判定処理部(第1閾値判定処理部A)14には、図15の振幅比率算出処理部(第3振幅比率算出処理部E)113及び閾値判定処理部(第5閾値判定処理部E)114と同様な振幅比率算出処理及び閾値判定処理機能を持たせる。異常判定処理部15は、閾値判定処理信号203aと閾値判定処理信号27aと閾値判定処理信号25aと閾値判定処理信号28aの4つの信号をもって異常を判定する。
係る適用例によれば、(1)軌道異常、(2)台車異常(軸バネ)、(3)台車異常(空気バネ)、(4)車体異常振動の分離判定が可能である。
2:輪軸
3:台車枠
5:台車
6:車体
7:車両
9:軸箱
10:軸箱加速度検出装置
11:車体加速度検出装置
12:フィルタ処理部
13:振幅比率算出処理部
14:閾値判定処理部(A)
15:異常判定処理部
16:判定結果出力処理部
17:異常検出装置
18:閾値判定処理部(B)
19:閾値判定処理部(C)
22a:軸箱加速度信号
23a:車体加速度信号
24a:振幅比率信号
25a:閾値判定処理信号(A)
26a:異常判定処理信号
27a:閾値判定処理信号(B)
28a:閾値判定処理信号(C)
29a:走行位置信号
30a:閾値取得信号
31a:デ−タベ−ス閾値信号
32a:閾値信号
50:窓フィルタ
51:軸箱加速度信号
52:車体加速度信号
53:軸箱加速度RMS値
54:車体加速度RMS値
55:RMS値振幅比率
80:閾値設定部
81:デ−タベ−ス
100:走行位置検出装置
101:軸箱加速度計
102:車体加速度計
103:台車枠振動加速度計
110:台車枠加速度検出装置
111:振幅比率算出処理部(D)
112:閾値判定処理部(D)
113:振幅比率算出処理部(E)
114:閾値判定処理部(E)
122:輪軸−台車枠加速度RMS値振幅比率
123:台車枠−車体加速度RMS値振幅比率
Claims (10)
- 鉄道車両の振動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置から検出した信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する異常検出装置を備え、
前記振動検出装置は、前記鉄道車両の輪軸に設置された軸箱の振動加速度及び前記鉄道車両の車体の振動加速度から前記鉄道車両の振動を検出する振動検出手段を含み、
前記異常検出装置は、前記振動検出手段の前記軸箱振動加速度と前記車体振動加速度との第1振幅比率を計算する第1振幅比率計算手段と、前記第1振幅比率と閾値とを比較判定する第1閾値判定処理手段と、前記第1閾値判定処理手段の判定結果から異常要因を判定する異常判定処理手段を含む、
ことを特徴とする鉄道車両。 - 請求項1記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に、前記鉄道車両の軸箱振動加速度と閾値とを判定する第2閾値判定処理手段を備えたことを特徴とする鉄道車両。
- 請求項2記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に前記鉄道車両の車体振動加速度と閾値とを比較判定する第3閾値判定処理手段を備えたことを特徴とする鉄道車両。
- 請求項1乃至請求項3記載の鉄道車両において、前記異常検出装置の第1振幅比率算出処理手段が、前記軸箱振動加速度と前記車体振動加速度から一定量の加速度信号を抽出する窓フィルタと、前記窓フィルタで抽出した加速度信号から時刻歴波形のRMS値、又は最大値を算出する計算処理部と、前記RMS値、又は前記最大値の頻度を算出する頻度計算処理部と、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
- 請求項1乃至請求項4記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に前記鉄道車両の走行位置検知装置の走行位置と走行速度検知装置の走行速度を基に前記異常判定用閾値となる閾値を保存するデ−タベ−スと、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
- 車体と台車枠と輪軸と軸箱を含む鉄道車両において、
前記鉄道車両の振動加速度を検出する振動検出装置と、前記振動加速度検出装置から検出した信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する異常検出装置とを備え、
前記振動検出装置は、前記軸箱の振動加速度を検出する軸箱加速度検出手段と、前記車体の振動加速度を検出する車体加速度検出手段と、前記台車枠の台車枠加速度検出手段とからなり、
前記異常検出装置は、前記軸箱加速度検出装置の軸箱振動加速度と前記台車枠加速度検出装置の台車枠振動加速度との第2振幅比率を計算する第2振幅比率計算手段と、
前記車体加速度検出装置の車体振動加速度と前記台車枠加速度検出装置の台車枠振動加速度との第3振幅比率を計算する第3振幅比率計算手段と、
前記第2振幅比率と予め設定された閾値との大小を判定する第4閾値判定処理手段と、
前記第3振幅比率と予め設定された閾値との大小を判定する第5閾値判定処理手段と、
前記第4、第5閾値判定処理手段の判定結果から異常要因を判定する異常判定処理手段と、を備えたことを特徴とする鉄道車両。 - 請求項6記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に前記鉄道車両の走行位置検知装置の走行位置と走行速度検知装置の走行速度を基に前記閾値となる閾値を保存するデ−タベ−スと、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
- 請求項1乃至5記載の鉄道車両の状態を監視する状態監視装置において、
前記状態監視装置は、前記鉄道車両の振動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置から検出した信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する異常検出装置を含み、
前記振動検出装置は、前記輪軸に設置された軸箱の振動加速度及び前記車体の振動加速度から前記鉄道車両の振動を検出する振動検出手段からなり、
前記異常検出装置は、前記振動検出手段の前記軸箱振動加速度と前記車体振動加速度との第1振幅比率を計算する第1振幅比率計算手段と、前記第1振幅比率と異常判定用閾値とを比較判定する第1閾値判定処理手段と、前記第1閾値判定処理手段の判定結果から異常要因を判定する異常判定処理手段からなる
ことを特徴とする鉄道車両の状態監視装置。 - 車体と台車枠と輪軸より構成される鉄道車両と、前記鉄道車両の振動を検出し、該検出信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する鉄道車両の状態監視方法において、
前記鉄道車両の車体振動加速度と前記鉄道車両の軸箱振動加速度との第1振幅比率を計算する第1振幅比率計算ステップと、
前記第1振幅比率と所定の閾値との大小を判定する第1閾値判定処理ステップと、
前記第1閾値判定処理ステップの判定結果から異常要因を判定する異常判定処理ステップと、を備えたことを特徴とする鉄道車両の状態監視方法。 - 請求項9記載の鉄道車両の状態監視方法において、更に前記鉄道車両の軸箱振動加速度と所定の閾値とを比較判定する第2閾値判定処理ステップを備え、前記異常判定処理ステップは、前記第1及び前記第2閾値判定処理ステップの両判定結果から異常要因を判定することを特徴とする鉄道車両の状態監視方法。
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